(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のオプトエレクトロニック撮像セル（１１０；２１０）；
センサ面を規定する支持基板（１０１、１０２；２０１）であって、前記複数のオプトエレクトロニック撮像セル（１１０；２１０）を支持及び当接するために及び画像防振撮像センサを他のエレメントに結合するために適合された支持基板（１０１、１０２；２０１）；及び
前記オプトエレクトロニック撮像セル（１１０；２１０）を前記支持基板（１０１、１０２；２０１）に対し相対的に運動させるための少なくとも１つの運動手段（１２０；２２０）
を含み、
前記複数のオプトエレクトロニック撮像セル（１１０）の少なくとも１つは、前記支持基板（１０１、１０２）に対し相対的に運動可能なように、前記少なくとも１つの運動手段（１２０）によって個別に支持され、
前記支持基板（１０１、１０２）は、横及び縦ストリップ（１０２）を有する格子状部分を有し、
前記複数のオプトエレクトロニック撮像セル（１１０）の少なくとも１つは、少なくとも１つの対応する運動手段（１２０）によって、前記支持基板の少なくとも１つの横ストリップ及び少なくとも１つの縦ストリップ（１０２）に取付けられ、
前記少なくとも１つの運動手段（１２０；２２０）は、微小機械デバイス、電気活性高分子、圧電アクチュエータ、熱アクチュエータ及び容量性アクチュエータの少なくとも１つを含む、画像防振撮像センサ。
【請求項２】
前記複数のオプトエレクトロニック画像撮像セル（２１０）は、連続平面上に配置され、かつ、全体として、前記支持基板（２０１）に対し相対的に運動可能なように、前記少なくとも１つの運動手段（２２０）によって保持されること
を特徴とする請求項１に記載の画像防振撮像センサ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの運動手段（１２０；２２０）は、前記センサ面内において前記オプトエレクトロニック撮像セル（１１０；２１０）を運動させるよう適合されること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像防振撮像センサ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの運動手段（１２０；２２０）は、前記センサ面に対し垂直な方向において前記オプトエレクトロニック撮像セル（１１０；２１０）を運動させるよう適合されること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の画像防振撮像センサ。
【請求項５】
前記センサ面内の方向における及び／又は前記センサ面に対し垂直な方向における加速度を検出するための少なくとも１つの加速度センサが設けられ、該加速度センサは前記少なくとも１つの運動手段（１２０；２２０）に接続ないし結合されること；及び
前記少なくとも１つの加速度センサの出力信号が、該センサの検出方向に対応する方向において前記少なくとも１つの運動手段（１２０；２２０）を駆動するために使用されること
を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の画像防振撮像センサ。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の画像防振撮像センサ（１００；２００）を収容するハウジングを含む、撮像システム。
【請求項７】
請求項６に記載の撮像システム（４２５）を含む、手術顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手術顕微鏡の撮像システムのための画像防振（安定化）及び撮像装置（以下「画像防振撮像装置」という）に関し、更に、そのような画像防振撮像装置を有する撮像システム及び手術顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
手術顕微鏡は、手術野が、例えば執刀医と助手の両者によって観察可能にされるために、更には、カメラのような撮像システムに利用可能にされるために、複数の観察ビーム路を有することがよくある。カメラは、ビデオスクリーン上に手術野を表示するために及び／又は手術を記録するために使用される。顕微鏡及びその機能（ＸＹ調整、ズーム調整、関節アームの制動の解除等）を使用するとき、或いは、例えば通過する車両又は振動の防振が不十分な空調システムによって引き起こされる外部振動の結果として、顕微鏡が振動させられ、その結果、記録された顕微鏡画像が明白に不安定になり得る。このような振動は最小化されるべきであり、好ましくは、完全に回避されるべきである。
【０００３】
例えば、ドイツ特許出願ＤＥ１０３０６４４０Ａ１（特許文献１）は、振動を減衰するための能動的応答性フレキシブル構造（Actively Reacting Flexible Structure；いわゆるＡＲＥＳ）コンポーネントを有するスタンドを記載している。この方策では、顕微鏡がほぼ安定な状態を保つように、複数のアクチュエータが検出された振動に応答して駆動される。類似のシステムは、ＤＥ４３４２７１７Ｂ４にも記載されている（特許文献２）。
【０００４】
スチルカメラの分野では、オプトエレクトロニック画像センサが特殊な保持装置に取り付けられ、振動を補償するために該センサをＸＹ面（画像面）内で運動させるための複数のアクチュエータが該保持装置に設けられた、画像防振装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＤＥ１０３０６４４０Ａ１
【特許文献２】ＤＥ４３４２７１７Ｂ４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の方策では、加速度検知システムに加えて、アクチュエータ、制御要素ないし素子、モータ、トランスミッション等によってそれぞれ対応する構成要素（レンズ、センサ、機構等）を運動させるためのコンポーネントを使用することも必要である。これは、高度な複雑さ及び位置決め精度、並びに大きな空間を必要とし、関連する部材の慣性がある程の振動等にとって、防振には大き過ぎるという問題がある。
【０００７】
それゆえ、とりわけ空間効率がよくかつ好ましくは応答時間が短い、手術顕微鏡の撮像システムのための画像防振装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の一視点により、画像防振（安定化：stabilization）撮像センサが提供される。この装置は、
とりわけアレイ状に配置された複数のオプトエレクトロニック撮像セル；
センサ面を規定する支持基板であって、前記複数のオプトエレクトロニック撮像セルを支持及び当接するために及び画像防振撮像センサを他のエレメントに結合するために適合された支持基板；及び
前記オプトエレクトロニック撮像セルを前記支持基板に対し相対的に運動させるための少なくとも１つの運動手段
を含み、
前記複数のオプトエレクトロニック撮像セルの少なくとも１つは、前記支持基板に対し相対的に運動可能なように、前記少なくとも１つの運動手段によって個別に（互いに独立に）支持され、
前記支持基板は、横及び縦ストリップを有する格子（グリッド）状部分を有し、
前記複数のオプトエレクトロニック撮像セルの少なくとも１つは、少なくとも１つの対応する運動手段によって、前記支持基板の少なくとも１つの横ストリップ及び少なくとも１つの縦ストリップに取付けられ、
前記少なくとも１つの運動手段は、微小機械（マイクロメカニカル）デバイス、電気活性高分子、圧電アクチュエータ、熱アクチュエータ及び容量性（capacitive）アクチュエータの少なくとも１つを含む
ことを特徴とする（形態１・基本構成）。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、上記課題に対応した効果が達成される。即ち、本発明により、画像防振撮像装置は、空間効率をよく（コンパクトに）かつ応答時間を短く（高速応答性に）することができる。
更に、各従属請求項に係る発明により、対応する付加的な効果が夫々達成される。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を示すが、これらは従属請求項の対象でもある：
（形態１）  上掲。
（形態２）  上記の画像防振撮像センサにおいて、前記複数のオプトエレクトロニック撮像セルは、連続平面（continuous surface）上に配置され、かつ、全体として、前記支持基板に対し相対的に運動可能なように、前記少なくとも１つの運動手段によって保持されることが好ましい。
（形態３）  上記の画像防振撮像センサにおいて、前記少なくとも１つの運動手段は、前記センサ面内において前記オプトエレクトロニック撮像セルを運動させるよう適合されることが好ましい。
（形態４）  上記の画像防振撮像センサにおいて、前記少なくとも１つの運動手段は、前記センサ面に対し垂直な方向において前記オプトエレクトロニック撮像セルを運動させるよう適合されることが好ましい。
（形態５）  上記の画像防振撮像センサにおいて、前記センサ面内の方向における及び／又は前記センサ面に対し垂直な方向における加速度を検出するための少なくとも１つの加速度センサが設けられ、該加速度センサは前記少なくとも１つの運動手段に接続ないし結合されること；及び
前記少なくとも１つの加速度センサの出力信号が、該センサの検出方向に対応する方向において前記少なくとも１つの運動手段を駆動するために使用されることが好ましい。
（形態６）  上記形態１〜５の何れかの画像防振撮像センサを収容するハウジングを含む撮像システムも有利に使用することができる。
（形態７）  上記の撮像システムを含む手術顕微鏡も有利に使用することができる。
【００１１】
画像の防振は、画像センサと画像との間の相対運動の減少ないし除去を意味する。これは、従来の撮像システムでは、画像がセンサに対し相対的に静止した状態に維持されるよう、検出された振動とは反対の方向にレンズ又はセンサのいずれかを運動させることによって行っている。本発明者は、とりわけ振動（振幅）が小さい場合には、センサの感光性領域即ちピクセル（又は複数の画素群）のみを運動させる一方で、実際のセンサ（センサ自体）即ち基板は静止した状態に維持することで十分であることを見出した。換言すれば、画像防振装置は撮像装置に組み込まれるのである。基板は、制御回路、電力段（power stage）、電圧変換器、電荷（チャージ）ポンプ（charge pumps）、記憶手段、Ｉ／Ｏインターフェース等を担持する。
【００１２】
このため、運動するべき質量は著しく減少することができるので、必要なパワー（エネルギー）及びコンポーネント（構成部材）はより少なくすることができ、かつ、空間的要求（所要寸法）も減じることができる。運動するべき質量が非常に小さいので、加速度センサの出力信号は、場合によっては、複雑な電力段を介在させる必要がないほど、制御目的には既に十分な大きさであり得る。尤も、場合によっては、信号レベルを適合させることが必要になり得る。このようにして、応答時間の減少も可能になる。
【００１３】
画像防振撮像装置のすべてのオプトエレクトロニック撮像セル（感光性セル、ピクセル）を同時に運動させること、又は、別個に（互いに対し分離されて）構成される場合は、個々の撮像セルを個別に運動させるよう構成することもできる。運動は適切な運動手段によって付与されるが、運動手段は、好ましい一実施形態では、支持手段としても機能する（支持手段を兼ねる）。なお、撮像セルは１又は複数の画素群から構成でき、所望の解像度ないし鮮鋭度に対応ないし比例配分して構成することができる。
【００１４】
運動手段は、１、２又は３の空間方向に対して設けることができる。構成に応じて、振動補償はＸ、Ｙ及び／又はＺ方向において実行することができる。好ましくは、運動手段は、すべての又は個々の撮像セルをＸＹ面（画像面ないしセンサ面）内で運動させるよう構成される。代替的に、又は付加的に、すべての又は個々の撮像セルをＺ方向（被写界深度：depth of field）において運動させるための運動手段を設けることが好ましい。Ｚ方向のための運動手段は、Ｚ方向における振動を減衰することを可能にするだけではなく、とりわけ有利には、球面又は非球面収差等の収差の補正に適合可能な波面（ないし湾曲面）を形成することも可能にする。更に、物体（対象物）の面における傾き（tilts）及び／又はでこぼこ（凹凸：irregularities）−これらは通常被写界深度を超えていることが想定される−を補償することも可能である。例えば、網膜検査中、これは、とりわけ有利に、極度に周縁の領域（peripheral regions）でさえもシャープなイメージング（画像化）を可能にする。
【００１５】
運動手段は、圧電アクチュエータ、ＥＡＰアクチュエータ、熱（thermal）アクチュエータ、容量性（capacitive）アクチュエータ等を含むことができる。とりわけ好ましい一群のアクチュエータは、電気活性高分子（ＥＡＰ）から構成されるＥＡＰアクチュエータである。電気活性高分子は、電圧が印加されると形状が変化する。このため、電気活性高分子は「人工筋肉」とも称される。電気活性高分子は（３００％超の）大きなひずみ（strains）を達成することができる。電気活性高分子は低密度でありかつほぼ自由に変形可能である。
【００１６】
本発明の更なる利点及び形態は以下の説明及び添付の図面から明らかになる。
【００１７】
上述の特徴及び以下に説明する特徴は、特定の組み合わせにおいてのみ使用可能であるだけではなく、本発明の範囲を逸脱しない限り他の組合せ又は単独でも使用可能である。
【００１８】
以下に、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、特許請求の範囲に付した図面参照符号は専ら発明の理解を助けるためのものであり、以下に説明する図示の実施例に限定することは意図していない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の画像防振撮像装置の第１実施例の模式的部分平面図。
【図２】図１に示した実施例の部分断面図。
【図３】本発明の画像防振撮像装置の第２実施例の模式的平面図。
【図４】スタンドに取り付けられた状態が示された、本発明の手術顕微鏡の１実施例の模式図。
【実施例】
【００２０】
図１は、本発明の画像防振撮像装置の第１実施例の模式的部分平面図であり、該装置は全体として図面参照符号１００が付されている。この実施例では、画像防振撮像装置は、アレイ状に配置された複数の感光性セル１１０を有する画像防振化オプトエレクトロニック画像センサ１００として構成されている。画像センサは、とりわけ、ＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサとすることができる。そのようなセンサによる画像の取得及び生成自体は、当業者には既知であり、従って、本書においては詳細には説明しない。
【００２１】
画像センサ１００は、ある程度大きな基板部分１０１を含むが、これは、感光性セルを支持及び当接するために、及び、当該画像センサを他のエレメントに結合するために、適合されている。この実施例では、基板１０１は、縦及び横の基板ストリップ（帯状部）１０２によって形成される格子（グリッド）状の部分を含む。基板ストリップ１０２は、夫々１つの感光性セル１１０が配される凹部（ないし開口部）１０３を画成する。
【００２２】
本発明の図１に示された実施例では、感光性セル１１０は、Ｘ及びＹ方向において、少なくとも１つの運動手段１２０によって周囲の基板に、即ち、隣接する基板ストリップに取り付けられている。このため、すべての感光性セル１１０は、Ｘ及び／又はＹ方向において制御（統制）された態様で一様に運動することができる。運動手段１２０の制御及び電力供給に必要とされる導線及びリード線は、基板を横断して及び基板ストリップを横断して配線しても良い。運動手段１２０は、とりわけ、ＥＡＰアクチュエータとして構成しても良い。ＥＡＰアクチュエータは、その伸長及び収縮の両方が可能にされるよう、螺旋状（ヘリックス状）又はスプリング（つる巻きバネ等）状に構成されるのが好ましい。
【００２３】
図２は、図１の画像センサ１００の部分断面図である。凹部１０３は基板１０１の表面から両側壁部と底面をもって形成されている。図示のように、個々の感光性セル１１０は、更に、Ｚ方向に延在する運動手段１２０を介して基板１０１に取り付けることもできる。傾き（傾動）を回避するために、Ｚ方向に延在する運動手段１２０を複数設けることも可能である。Ｚ方向に延在する運動手段１２０（複数）は、Ｚ方向に運動することによってＺ方向における振動を打ち消すために、とりわけ撮像された画像の鮮鋭度（シャープネス）に悪影響を与える振動を補償するために、設けられる。
【００２４】
必要に応じて、ＸＹ（方向）運動のための運動手段のみ、Ｚ（方向）運動のための運動手段のみ、又は、両者の運動手段を設けることができる。
【００２５】
更に、画像防振の目的では、Ｘ、Ｙ及び／又はＺ方向における振動を検出するために、ジャイロスコープ又は加速度センサのような振動センサ（不図示）が、好ましくは、夫々の凹部毎に、或いは所定ピッチをもって（所定数の凹部の群毎に）、設けられる。これらのセンサの出力信号は、必要に応じ、適切に処理することができ、また、該出力信号は、運動手段１２０の制御のために及び検出された運動ないし振動の打ち消しのために使用される。
【００２６】
図３は、本発明の画像防振撮像装置の第２実施例の模式的平面図である。画像防振撮像装置２００は、例えばＣＣＤ画像センサ又はＣＭＯＳ画像センサ等の画像防振化オプトエレクトロニック画像センサとして構成されることもできる。画像センサ２００は、基板２０１と、アレイ状（この場合は格子状）に配置されかつこの実施例では連続平面上に配された複数の感光性セル２１０を含む。当業者には既知のとおり、そのような感光性の面には種々のタイプのものがある。そのような感光性の面は、「シフトレジスタ（shift registers）」として知られているもの等が配されてもよく、これらは、場合によっては個々の感光性セルの間に配されてもよい。連続平面は、全体として、静止の（固定された）空間的基準を画成する周囲の基板２０１に運動手段２２０を介して取り付けられる。図３の実施例２００では、とりわけ撮像された画像のシャープネスに悪影響を及ぼす振動を補償するために、Ｚ方向のための運動手段（不図示）を設けても良い。
【００２７】
図４は、顕微鏡システムの模式図であり、該システムは全体として図面参照符号４００で示されている。顕微鏡システム４００は、スタンド４１０に支持されかつ該スタンド４１０に可動的に取り付けられた本発明の手術顕微鏡４２０の好ましい一実施例を含む。
【００２８】
スタンド４１０は、主胴部４１２が回動可能に取り付けられた基台４１１を含む。スタンドは、更に、手術顕微鏡４２０を担持しかつ該顕微鏡を空間内で（３次元的に）運動可能にする複数のアーム４１３（図示の場合、平行アーム機構）を含む。主胴部４１２は、とりわけ、顕微鏡システムの制御ユニットだけでなく、電力供給装置（不図示）等も備えることができる。
【００２９】
手術顕微鏡４２０は、例えば図１〜図３を参照して説明したもののような画像防振撮像装置を有する撮像システム４２５を備える。とりわけ、撮像システム４２５によって撮像された画像を表示するために、表示（ビデオ）スクリーン４３０が設けられる。表示（ビデオ）スクリーン４３０は、例えば顕微鏡システム４００の設定を表示するためにも使用される。
【００３０】
本発明の方策を用いることにより、手術顕微鏡は、振動等を補償するためのとりわけ空間（利用）効率の大きい画像防振撮像装置を備えることができる。
【００３１】
尚、本発明の全開示（請求の範囲及び図面を含む）の枠内において、更にその基本的技術思想に基づき、実施形態の変更、調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において、種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。即ち、本発明は、請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想に従い、当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００３２】
１００    画像防振撮像装置（第１実施例）
１０１    基板（ないし基板部分）
１０２    基板ストリップ（帯状部）
１０３    凹部（開口部）
１１０    感光性セル
１２０    運動手段
２００    画像防振撮像装置（第２実施例）
２０１    基板
２１０    感光性セル
２２０    運動手段
４００    顕微鏡システム
４１０    スタンド
４１１    基台
４１２    主胴部
４１３    アーム
４２０    手術顕微鏡
４２５    撮像システム
４３０    表示（ビデオ）スクリーン
【図１】
0005514164.tif 000002
【図２】
0005514164.tif 000003
【図３】
0005514164.tif 000004
【図４】
0005514164.tif 000005